e2studio开发磁力计LIS2MDL.1--轮询获取磁力计数据

• 概述
• 视频教学
• 样品申请
• 源码下载
• 速率
• 新建工程
• 工程模板
• 保存工程路径
• 芯片配置
• 工程模板选择
• 时钟设置
• UART配置
• UART属性配置
• 设置e2studio堆栈
• e2studio的重定向printf设置
• R_SCI_UART_Open()函数原型
• 回调函数user_uart_callback ()
• printf输出重定向到串口
• 通信模式
• IIC属性配置
• IIC配置
• R_IIC_MASTER_Open()函数原型
• R_IIC_MASTER_Write()函数原型
• R_IIC_MASTER_Read()函数原型
• sci_i2c_master_callback()回调函数
• 参考程序
• 初始换管脚
• 获取ID
• 复位操作
• BDU设置
• 设置速率
• 启用偏移消除
• 开启温度补偿
• 设置为连续模式
• 轮询读取数据
• 主程序
• 演示

  概述

  本文将介绍如何使用 LIS2MDL 传感器来读取数据。主要步骤包括初始化传感器接口、验证设备ID、配置传感器的数据输出率和滤波器，以及通过轮询方式持续读取磁力数据和温度数据。读取到的数据会被转换为适当的单位并通过串行通信输出。

  这个传感器常用于多种电子设备中，以提供精确的磁场强度数据，从而用于指南针应用、位置追踪或者动作检测等功能。

  最近在弄ST和瑞萨RA的课程，需要样片的可以加群申请：615061293 。

  

  视频教学

  https://www.bilibili.com/video/BV16K4y1B7MQ/

  e2studio开发磁力计LIS2MDL(1)----轮询获取磁力计数据

  样品申请

  https://www.wjx.top/vm/OhcKxJk.aspx#

  源码下载

  https://download.csdn.net/download/qq_24312945/88722848

  速率

  该模块支持的速度为普通模式(100k)、快速模式(400k)、快速模式+(1M)、高速模式(3.4M)。

  

  新建工程

  

  工程模板

  

  保存工程路径

  

  芯片配置

  本文中使用R7FA4M2AD3CFL来进行演示。

  

  工程模板选择

  

  时钟设置

  开发板上的外部高速晶振为12M.

  

  需要修改XTAL为12M。

  

  UART配置

  

  点击Stacks->New Stack->Driver->Connectivity -> UART Driver on r_sci_uart。

  

  UART属性配置

  

  设置e2studio堆栈

  printf函数通常需要设置堆栈大小。这是因为printf函数在运行时需要使用栈空间来存储临时变量和函数调用信息。如果堆栈大小不足，可能会导致程序崩溃或不可预期的行为。

  printf函数使用了可变参数列表，它会在调用时使用栈来存储参数，在函数调用结束时再清除参数，这需要足够的栈空间。另外printf也会使用一些临时变量，如果栈空间不足，会导致程序崩溃。

  因此，为了避免这类问题，应该根据程序的需求来合理设置堆栈大小。

  

  e2studio的重定向printf设置

  

  在嵌入式系统的开发中，尤其是在使用GNU编译器集合（GCC）时，–specs 参数用于指定链接时使用的系统规格（specs）文件。这些规格文件控制了编译器和链接器的行为，尤其是关于系统库和启动代码的链接。–specs=rdimon.specs 和 --specs=nosys.specs 是两种常见的规格文件，它们用于不同的场景。

  –specs=rdimon.specs

  用途: 这个选项用于链接“Redlib”库，这是为裸机（bare-metal）和半主机（semihosting）环境设计的C库的一个变体。半主机环境是一种特殊的运行模式，允许嵌入式程序通过宿主机（如开发PC）的调试器进行输入输出操作。

  应用场景: 当你需要在没有完整操作系统的环境中运行程序，但同时需要使用调试器来处理输入输出（例如打印到宿主机的终端），这个选项非常有用。

  特点: 它提供了一些基本的系统调用，通过调试接口与宿主机通信。

  –specs=nosys.specs

  用途: 这个选项链接了一个非常基本的系统库，这个库不提供任何系统服务的实现。

  应用场景: 适用于完全的裸机程序，其中程序不执行任何操作系统调用，比如不进行文件操作或者系统级输入输出。

  特点: 这是一个更“裸”的环境，没有任何操作系统支持。使用这个规格文件，程序不期望有操作系统层面的任何支持。

  如果你的程序需要与宿主机进行交互（如在开发期间的调试），并且通过调试器进行基本的输入输出操作，则使用 --specs=rdimon.specs。

  如果你的程序是完全独立的，不需要任何形式的操作系统服务，包括不进行任何系统级的输入输出，则使用 --specs=nosys.specs。

  

  R_SCI_UART_Open()函数原型

  

  故可以用 R_SCI_UART_Open()函数进行配置，开启和初始化UART。

   /* Open the transfer instance with initial configuration. */
      err = R_SCI_UART_Open(&g_uart9_ctrl, &g_uart9_cfg);
      assert(FSP_SUCCESS == err);
  

  回调函数user_uart_callback ()

  当数据发送的时候，可以查看UART_EVENT_TX_COMPLETE来判断是否发送完毕。

  

  

  可以检查检查 “p_args” 结构体中的 “event” 字段的值是否等于 “UART_EVENT_TX_COMPLETE”。如果条件为真，那么 if 语句后面的代码块将会执行。

  fsp_err_t err = FSP_SUCCESS;
  volatile bool uart_send_complete_flag = false;
  void user_uart_callback (uart_callback_args_t * p_args)
  {
      if(p_args->event == UART_EVENT_TX_COMPLETE)
      {
          uart_send_complete_flag = true;
      }
  }
  

  printf输出重定向到串口

  打印最常用的方法是printf，所以要解决的问题是将printf的输出重定向到串口，然后通过串口将数据发送出去。

  注意一定要加上头文件#include

  #ifdef __GNUC__                                 //串口重定向
      #define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
  #else
      #define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
  #endif
  PUTCHAR_PROTOTYPE
  {
          err = R_SCI_UART_Write(&g_uart9_ctrl, (uint8_t *)&ch, 1);
          if(FSP_SUCCESS != err) __BKPT();
          while(uart_send_complete_flag == false){}
          uart_send_complete_flag = false;
          return ch;
  }
  int _write(int fd,char *pBuffer,int size)
  {
      for(int i=0;i
          __io_putchar(*pBuffer++);
      }
      return size;
  }
  

  通信模式

  对于LIS2MDL，可以使用SPI或者IIC进行通讯。

  最小系统图如下所示。

  

  在CS管脚为1的时候，为IIC模式

  

  本文使用的板子原理图如下所示。

  

  CS对应到RA4M2板子上的端口为P014。

  

  配置为输出管脚。

  

      R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_00_PIN_14, BSP_IO_LEVEL_HIGH);
  

  IIC属性配置

  查看手册，可以得知LIS2MDL的IIC地址为“0011110” ，即0x1E

  

  IIC配置

  配置RA4M2的I2C接口，使其作为I2C master进行通信。

  查看开发板原理图，对应的IIC为P407和P408。

  

  点击Stacks->New Stack->Connectivity -> I2C Master(r_iic_master)。

  

  设置IIC的配置，需要注意从机的地址。

  

  R_IIC_MASTER_Open()函数原型

  R_IIC_MASTER_Open()函数为执行IIC初始化，开启配置如下所示。

      /* Initialize the I2C module */
      err = R_IIC_MASTER_Open(&g_i2c_master0_ctrl, &g_i2c_master0_cfg);
      /* Handle any errors. This function should be defined by the user. */
      assert(FSP_SUCCESS == err);
  

  R_IIC_MASTER_Write()函数原型

  

  R_IIC_MASTER_Write()函数是向IIC设备中写入数据，写入格式如下所示。

      err = R_IIC_MASTER_Write(&g_i2c_master0_ctrl, ®, 1, true);
      assert(FSP_SUCCESS == err);
  

  R_IIC_MASTER_Read()函数原型

  

  R_SCI_I2C_Read()函数是向IIC设备中读取数据，读取格式如下所示。

      /* Read data from I2C slave */
      err = R_IIC_MASTER_Read(&g_i2c_master0_ctrl, bufp, len, false);
      assert(FSP_SUCCESS == err);
  

  sci_i2c_master_callback()回调函数

  对于数据是否发送完毕，可以查看是否获取到I2C_MASTER_EVENT_TX_COMPLETE字段。

  

  /* Callback function */
  i2c_master_event_t i2c_event = I2C_MASTER_EVENT_ABORTED;
  uint32_t  timeout_ms = 100000;
  void sci_i2c_master_callback(i2c_master_callback_args_t *p_args)
  {
      i2c_event = I2C_MASTER_EVENT_ABORTED;
      if (NULL != p_args)
      {
          /* capture callback event for validating the i2c transfer event*/
          i2c_event = p_args->event;
      }
  }
  

  参考程序

  https://github.com/STMicroelectronics/lis2mdl-pid

  初始换管脚

  使能CS为高电平，配置为IIC模式。

         R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_00_PIN_14, BSP_IO_LEVEL_HIGH);       
         /* Initialize the I2C module */
         err = R_IIC_MASTER_Open(&g_i2c_master0_ctrl, &g_i2c_master0_cfg);
         /* Handle any errors. This function should be defined by the user. */
         assert(FSP_SUCCESS == err);
         /* Initialize mems driver interface */
         stmdev_ctx_t dev_ctx;
         dev_ctx.write_reg = platform_write;
         dev_ctx.read_reg = platform_read;
         dev_ctx.handle = &SENSOR_BUS;
         /* Wait sensor boot time */
         platform_delay(BOOT_TIME);
  

  获取ID

  可以向WHO_AM_I (4Fh)获取固定值，判断是否为0x40

  

  is2mdl_device_id_get为获取函数。

  

  对应的获取ID驱动程序,如下所示。

    /* Wait sensor boot time */
    platform_delay(BOOT_TIME);
    /* Check device ID */
    lis2mdl_device_id_get(&dev_ctx, &whoamI);
  	printf("LIS2MDL_ID=0x%x,whoamI=0x%x\n",LIS2MDL_ID,whoamI);
    if (whoamI != LIS2MDL_ID)
      while (1) {
        /* manage here device not found */
      }
  

  复位操作

  可以向CFG_REG_A (60h)的SOFT_RST寄存器写入1进行复位。

  

  lis2mdl_reset_set为重置函数。

  

  对应的驱动程序,如下所示。

   /* Restore default configuration */
    lis2mdl_reset_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);
    do {
      lis2mdl_reset_get(&dev_ctx, &rst);
    } while (rst);
  

  BDU设置

  在很多传感器中，数据通常被存储在输出寄存器中，这些寄存器分为两部分：MSB和LSB。这两部分共同表示一个完整的数据值。例如，在一个加速度计中，MSB和LSB可能共同表示一个加速度的测量值。

  连续更新模式（BDU = ‘0’）：在默认模式下，输出寄存器的值会持续不断地被更新。这意味着在你读取MSB和LSB的时候，寄存器中的数据可能会因为新的测量数据而更新。这可能导致一个问题：当你读取MSB时，如果寄存器更新了，接下来读取的LSB可能就是新的测量值的一部分，而不是与MSB相对应的值。这样，你得到的就是一个“拼凑”的数据，它可能无法准确代表任何实际的测量时刻。

  块数据更新（BDU）模式（BDU = ‘1’）：当激活BDU功能时，输出寄存器中的内容不会在读取MSB和LSB之间更新。这就意味着一旦开始读取数据（无论是先读MSB还是LSB），寄存器中的那一组数据就被“锁定”，直到两部分都被读取完毕。这样可以确保你读取的MSB和LSB是同一测量时刻的数据，避免了读取到代表不同采样时刻的数据。

  简而言之，BDU位的作用是确保在读取数据时，输出寄存器的内容保持稳定，从而避免读取到拼凑或错误的数据。这对于需要高精度和稳定性的应用尤为重要。

  可以向CTRL3 (12h)的BDU寄存器写入1进行开启。

  

  对应的驱动程序,如下所示。

    /* Enable Block Data Update */
    lis2mdl_block_data_update_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);
  

  设置速率

  速率可以通过CFG_REG_A (60h)的ODR设置速率。

  

  设置速率可以使用如下函数。

    /* Set Output Data Rate */
    lis2mdl_data_rate_set(&dev_ctx, LIS2MDL_ODR_10Hz);
  

  启用偏移消除

  LIS2MDL 磁力计的配置寄存器（CFG_REG_B）的OFF_CANC - 这个位用于启用或禁用偏移消除。

  这意味着每次磁力计准备输出新的测量数据时，它都会自动进行偏移校准，以确保数据的准确性。这通常用于校准传感器，以消除由于传感器偏移或环境因素引起的任何误差。

  

    /* Set / Reset sensor mode */
    lis2mdl_set_rst_mode_set(&dev_ctx, LIS2MDL_SENS_OFF_CANC_EVERY_ODR);
  

  开启温度补偿

  开启温度补偿可以通过CFG_REG_A (60h)的COMP_TEMP_EN进行配置。

  

    /* Enable temperature compensation */
    lis2mdl_offset_temp_comp_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);
  

  设置为连续模式

  LIS2MDL 磁力计 CFG_REG_A (60h) 配置寄存器的MD1 和 MD0 - 这两个位用于选择设备的工作模式。

  00 - 连续模式，设备连续进行测量并将结果放在数据寄存器中。

  01 - 单次模式，设备进行单次测量，然后返回到空闲模式。

  10 和 11 - 空闲模式，设备被置于空闲模式，但I2C和SPI接口仍然激活

  

    /* Set device in continuous mode */
    lis2mdl_operating_mode_set(&dev_ctx, LIS2MDL_CONTINUOUS_MODE);
  

  轮询读取数据

  对于数据是否准备好，可以查看STATUS_REG (67h)的Zyxda位，判断是否有新数据到达。

  

      uint8_t reg;
      /* Read output only if new value is available */
      lis2mdl_mag_data_ready_get(&dev_ctx, ®);
  

  数据OUTX_L_REG(68h)-OUTZ_H_REG(6Dh)获取。

  

        /* Read magnetic field data */
        memset(data_raw_magnetic, 0x00, 3 * sizeof(int16_t));
        lis2mdl_magnetic_raw_get(&dev_ctx, data_raw_magnetic);
        magnetic_mG[0] = lis2mdl_from_lsb_to_mgauss(data_raw_magnetic[0]);
        magnetic_mG[1] = lis2mdl_from_lsb_to_mgauss(data_raw_magnetic[1]);
        magnetic_mG[2] = lis2mdl_from_lsb_to_mgauss(data_raw_magnetic[2]);
  

  主程序

  #include "hal_data.h"
  #include 
  #include "lis2mdl_reg.h"
  fsp_err_t err = FSP_SUCCESS;
  volatile bool uart_send_complete_flag = false;
  void user_uart_callback (uart_callback_args_t * p_args)
  {
      if(p_args->event == UART_EVENT_TX_COMPLETE)
      {
          uart_send_complete_flag = true;
      }
  }
  /* Callback function */
  i2c_master_event_t i2c_event = I2C_MASTER_EVENT_ABORTED;
  uint32_t  timeout_ms = 100000;
  void sci_i2c_master_callback(i2c_master_callback_args_t *p_args)
  {
      i2c_event = I2C_MASTER_EVENT_ABORTED;
      if (NULL != p_args)
      {
          /* capture callback event for validating the i2c transfer event*/
          i2c_event = p_args->event;
      }
  }
  #ifdef __GNUC__                                 //串口重定向
      #define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
  #else
      #define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
  #endif
  PUTCHAR_PROTOTYPE
  {
          err = R_SCI_UART_Write(&g_uart9_ctrl, (uint8_t *)&ch, 1);
          if(FSP_SUCCESS != err) __BKPT();
          while(uart_send_complete_flag == false){}
          uart_send_complete_flag = false;
          return ch;
  }
  int _write(int fd,char *pBuffer,int size)
  {
      for(int i=0;i
          __io_putchar(*pBuffer++);
      }
      return size;
  }
  FSP_CPP_HEADER
  void R_BSP_WarmStart(bsp_warm_start_event_t event);
  FSP_CPP_FOOTER
  #define SENSOR_BUS g_i2c_master0_ctrl
  /* Private macro -------------------------------------------------------------*/
  #define    BOOT_TIME        20 //ms
  /* Private variables ---------------------------------------------------------*/
  static int16_t data_raw_magnetic[3];
  static int16_t data_raw_temperature;
  static float magnetic_mG[3];
  static float temperature_degC;
  static uint8_t whoamI, rst;
  static uint8_t tx_buffer[1000];
  /* Extern variables ----------------------------------------------------------*/
  /* Private functions ---------------------------------------------------------*/
  /*
   *   WARNING:
   *   Functions declare in this section are defined at the end of this file
   *   and are strictly related to the hardware platform used.
   *
   */
  static int32_t platform_write(void *handle, uint8_t reg, const uint8_t *bufp,
                                uint16_t len);
  static int32_t platform_read(void *handle, uint8_t reg, uint8_t *bufp,
                               uint16_t len);
  static void tx_com(uint8_t *tx_buffer, uint16_t len);
  static void platform_delay(uint32_t ms);
  static void platform_init(void);
  
  /*******************************************************************************************************************//**
   * main() is generated by the RA Configuration editor and is used to generate threads if an RTOS is used.  This function
   * is called by main() when no RTOS is used.
   **********************************************************************************************************************/
  void hal_entry(void)
  {
      /* TODO: add your own code here */
      /* Open the transfer instance with initial configuration. */
         err = R_SCI_UART_Open(&g_uart9_ctrl, &g_uart9_cfg);
         assert(FSP_SUCCESS == err);
         printf("hello world!\n");
         R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_00_PIN_14, BSP_IO_LEVEL_HIGH);
         /* Initialize the I2C module */
         err = R_IIC_MASTER_Open(&g_i2c_master0_ctrl, &g_i2c_master0_cfg);
         /* Handle any errors. This function should be defined by the user. */
         assert(FSP_SUCCESS == err);
         /* Initialize mems driver interface */
         stmdev_ctx_t dev_ctx;
         dev_ctx.write_reg = platform_write;
         dev_ctx.read_reg = platform_read;
         dev_ctx.handle = &SENSOR_BUS;
         /* Wait sensor boot time */
         platform_delay(BOOT_TIME);
         /* Check device ID */
         lis2mdl_device_id_get(&dev_ctx, &whoamI);
         printf("LIS2MDL_ID=0x%x,whoamI=0x%x\n",LIS2MDL_ID,whoamI);
         if (whoamI != LIS2MDL_ID)
           while (1) {
             /* manage here device not found */
           }
         /* Restore default configuration */
         lis2mdl_reset_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);
         do {
           lis2mdl_reset_get(&dev_ctx, &rst);
         } while (rst);
         /* Enable Block Data Update */
         lis2mdl_block_data_update_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);
         /* Set Output Data Rate */
         lis2mdl_data_rate_set(&dev_ctx, LIS2MDL_ODR_10Hz);
         /* Set / Reset sensor mode */
         lis2mdl_set_rst_mode_set(&dev_ctx, LIS2MDL_SENS_OFF_CANC_EVERY_ODR);
         /* Enable temperature compensation */
         lis2mdl_offset_temp_comp_set(&dev_ctx, PROPERTY_ENABLE);
         /* Set device in continuous mode */
         lis2mdl_operating_mode_set(&dev_ctx, LIS2MDL_CONTINUOUS_MODE);
         while (1)
         {
           uint8_t reg;
           /* Read output only if new value is available */
           lis2mdl_mag_data_ready_get(&dev_ctx, ®);
           if (reg) {
             /* Read magnetic field data */
             memset(data_raw_magnetic, 0x00, 3 * sizeof(int16_t));
             lis2mdl_magnetic_raw_get(&dev_ctx, data_raw_magnetic);
             magnetic_mG[0] = lis2mdl_from_lsb_to_mgauss(data_raw_magnetic[0]);
             magnetic_mG[1] = lis2mdl_from_lsb_to_mgauss(data_raw_magnetic[1]);
             magnetic_mG[2] = lis2mdl_from_lsb_to_mgauss(data_raw_magnetic[2]);
             printf("Magnetic field [mG]:%4.2f\t%4.2f\t%4.2f\r\n",magnetic_mG[0], magnetic_mG[1], magnetic_mG[2]);
             /* Read temperature data */
             memset(&data_raw_temperature, 0x00, sizeof(int16_t));
             lis2mdl_temperature_raw_get(&dev_ctx, &data_raw_temperature);
             temperature_degC = lis2mdl_from_lsb_to_celsius(data_raw_temperature);
             printf("Temperature [degC]:%6.2f\r\n",temperature_degC);
           }
           R_BSP_SoftwareDelay(10, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS);
         }
  #if BSP_TZ_SECURE_BUILD
      /* Enter non-secure code */
      R_BSP_NonSecureEnter();
  #endif
  }
  

  演示

  

   
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